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基于脑电信号的听觉注意力解码研究

基于脑电信号的听觉注意力解码研究

作者：苏恩泽华南理工大学

学位级别：硕士

面对复杂的声学场景,人类通过脑和耳的紧密配合实现对目标声源的选择。然而,现有的听觉辅助设备只具备简单的机器智能,还远没有实现人的听觉注意力选择功能,导致听障人士听力矫正效果受限,降低了生活质量,增加了社会负担。近年来,基于... 详细信息

面对复杂的声学场景,人类通过脑和耳的紧密配合实现对目标声源的选择。然而,现有的听觉辅助设备只具备简单的机器智能,还远没有实现人的听觉注意力选择功能,导致听障人士听力矫正效果受限,降低了生活质量,增加了社会负担。近年来,基于脑电信号对听觉注意机制解码的相关研究使得认知控制助听器成为可能,是人工智能研究的一项重要进展。然而目前关于听觉注意力解码的研究仍存在许多的问题与挑战,解码性能偏低,距离实际应用还有一段距离。一方面由于脑电信号的高复杂性与低信噪比,针对意图识别的任务进行有效的特征提取极具挑战性,导致解码的精度低、实时性差;另一方面是现有的听觉注意力解码的模型设计过于简单,忽略了人类大脑听觉认知过程中的生理机制,缺乏可解释性,使注意力解码的发展受限于低性能的黑箱模型。针对上述问题,本文创新性地提出了基于脑电信号与动态特征提取方法的听觉注意力解码模型,实现了在低延迟、少通道情况下高精度的解码。同时,本文提出了频域、空间域和时间域上神经注意机制用于脑电信号的有效表征,旨在动态地提取脑电信号特征,并使模型聚焦于与听觉注意力相关的信息。基于本文提出的脑电信号的表征学习方法,本文分别设计了对目标讲话者和目标声源方位进行解码的模型,并通过在公开的脑电数据集上进行大量实验与对比研究,验证了本文模型的有效性。最后,利用数据可视化,结合大脑听觉认知研究的基本理论,实现了听觉注意力解码模型的可解释性。综上所述,本文基于脑电信号与深度学习构建了听觉注意力的解码模型,实现了对目标讲话者和目标声源方位的高质量解码。同时,本文的解码模型结合脑认知机制进行设计,提高了模型的泛化能力与可解释性,并获得了与已有神经科学发现具有一致性的结果,有助于进一步探索大脑的听觉认知机制。

关键词：听觉注意力脑-机接口空间注意力机制时间注意力机制频带注意力机制脑电图

基于EEG和卷积神经网络的听觉注意力分析方法研究

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基于EEG和卷积神经网络的听觉注意力分析方法研究

作者：朱丽华中师范大学

学位级别：硕士

随着深度学习的快速发展,大量研究学者尝试将深度学习方法应用于各种脑电解码任务,深度挖掘脑电数据的特征,大大地提升了识别精确度。注意力作为人类生活中必不可少的一种认知能力,与脑电信号存在密切的联系。面对不同程度的声音刺激,... 详细信息

随着深度学习的快速发展,大量研究学者尝试将深度学习方法应用于各种脑电解码任务,深度挖掘脑电数据的特征,大大地提升了识别精确度。注意力作为人类生活中必不可少的一种认知能力,与脑电信号存在密切的联系。面对不同程度的声音刺激,人类的脑电波产生波动,其变化可以反映人们在受到外界声音刺激时的注意力水平。目前,传统的机器学习方法在处理脑电听觉解码问题上还存在较大的改进空间,而卷积神经网络等深度学习方法在脑电信号相关领域的应用越来越丰富,展示了极大的优势。因此,为了充分提取脑电信息,尽可能降低听觉注意力识别误差值,本文以听觉注意力为研究目标,探索多种注意力机制,将注意力机制和卷积神经网络融合起来,设计两种不同的脑电解码模型,分别是3D-AttCNN和C-DeepConvNet,主要研究内容如下:(1)为了探索深度学习在分析脑电听觉识别任务的作用,利用注意力机制在处理脑电通道差异性和频带差异性的能力,本文设计了一种基于功率谱密度和注意力机制的三维卷积神经网络3D-AttCNN。首先,本文比较了多种数据滤波方式,对脑电信号进行预处理,移除常见伪迹信号,避免无关信号对实验的干扰;然后将脑电信号分解成若干子频带,计算相应的功率谱密度,并按照电极分布位置将功率谱密度值映射成三维输入矩阵;最后,将映射的矩阵输入三维卷积神经网络,使用通道空间注意力和频带注意力自适应地选取合适的空间信息和频带信息,学习输入向量,进行听觉注意力水平预测。在脑电数据集PhyAAt的25个受试者数据上预测听觉注意力水平,实验结果表明,3D-AttCNN模型利用两种注意力机制,降低了脑电听觉注意力识别任务的误差,实现跨个体的脑电听觉注意力状态识别。(2)脑电信号的端对端学习是未来的研究趋势,为了简化脑电信号的计算过程,本文又设计了一种端对端预测模型C-DeepConvNet,对深层卷积神经网络DeepConvNet进行改进,堆叠多层卷积神经网络,并使用通道注意力机制学习通道多样性。同样在PhyAAt数据集上取得的实验结果显示,该模型相比于传统的支持向量机(SVM)方法,降低了约8%的平均绝对误差值,实验表现也明显优于3D-AttCNN模型,能够直接从原始脑电信号中提取有效特征,更加准确地实现听觉注意力水平预测。总之,该模型具备较好的泛化性,有效提高解码效率。

关键词：脑电信号听觉注意力注意力机制卷积神经网络

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孩子上课走神儿? 试试听觉注意力训练

妇女生活（现代家长） 2022年第1期 38-39页

作者：崖柏不详

在小学和中学,每个班都会有几个上课经常走神儿的孩子,老师刚讲过的内容,一提问十有八九不会,甚至连问题也复述不出来。听课质量如此糟糕,考试成绩可想而知。那么,怎样改善孩子的听课质量呢?本期,我们邀请教育心理学博士、幼儿教育专家... 详细信息

在小学和中学,每个班都会有几个上课经常走神儿的孩子,老师刚讲过的内容,一提问十有八九不会,甚至连问题也复述不出来。听课质量如此糟糕,考试成绩可想而知。那么,怎样改善孩子的听课质量呢?本期,我们邀请教育心理学博士、幼儿教育专家沈东翔先生,与家长朋友们聊聊这个话题。

关键词：幼儿教育心理学博士听课质量上课走神听觉注意力考试成绩小学孩子

英国听力协会听觉注意力分散测试指南(2018)

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中华耳科学杂志 2021年第2期19卷 373-376页

作者：张凯悦(译) 卢宇涵(译) 张雪菲(审校) 赵乌兰(审校) 浙江中医药大学医学技术学院杭州310053 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院杭州310028

1背景Ewing在1944年首先提出了听觉注意力分散测试(distract test of hearing,DT)的原则,随后Mc‐Cormick在1993年对其进行了改进。DT目前被广泛地应用于听力学临床,并作为听力筛查测试的基础,称为健康可视注意力分散测试(health visito... 详细信息

1背景Ewing在1944年首先提出了听觉注意力分散测试(distract test of hearing,DT)的原则,随后Mc‐Cormick在1993年对其进行了改进。DT目前被广泛地应用于听力学临床,并作为听力筛查测试的基础,称为健康可视注意力分散测试(health visitor distraction test,HVDT)。

关键词：注意力分散 Ewing 听觉注意力

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学习障碍儿童视觉、听觉注意力的变化

疑难病杂志 2011年第5期10卷 370-371页

作者：曾桂香赵亚萍姬红梅繆素霞张扬王荣丽解放军第82医院儿科江苏省淮安223001 解放军第82医院检验科江苏省淮安223001

目的探讨学习障碍(LD)儿童的视觉注意力及听觉注意力的变化特点。方法采用联合瑞文测试评定LD患儿247例及正常对照儿童247例的智商状况,采用上海心理健康研究所研发的持续注意力测试法对每位儿童进行持续视觉注意力和听觉注意力测试。结... 详细信息

目的探讨学习障碍(LD)儿童的视觉注意力及听觉注意力的变化特点。方法采用联合瑞文测试评定LD患儿247例及正常对照儿童247例的智商状况,采用上海心理健康研究所研发的持续注意力测试法对每位儿童进行持续视觉注意力和听觉注意力测试。结果 247例LD儿童视觉、听觉注意力异常发生率分别为84.2%和95.1%,视觉和听觉注意力同时存在异常的发生率为80.2%,均显著高于正常对照组儿童34.8%、27.9%和15.8%(P听觉注意力异常率(95.1%)显著高于视觉注意力异常率(84.2%),差异有统计学意义(P注意力异常率(38.4%)与听觉注意力异常率(27.9%)比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论视觉和听觉注意力障碍可能是导致LD的重要原因。

关键词：学习障碍视觉注意力听觉注意力注意缺陷

改善视觉、听觉注意力对学习障碍儿童学习技能及心理影响

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浙江临床医学 2016年第1期18卷 121-122页

作者：曾桂香王红阎利韩剑珊张扬姬红梅杭州解放军第117医院 310013 江苏淮安解放军第82医院 223001

目的通过对学习障碍儿童注意力干预探讨改善视觉、听觉注意力对学习障碍（LD）儿童学习技能及心理的影响。方法对57例LD儿童分别采用循序渐进并分级别增加难度的视觉、听觉注意力训练干预，治疗3个疗程，对LD儿童训练前后视觉、听觉注... 详细信息

目的通过对学习障碍儿童注意力干预探讨改善视觉、听觉注意力对学习障碍（LD）儿童学习技能及心理的影响。方法对57例LD儿童分别采用循序渐进并分级别增加难度的视觉、听觉注意力训练干预，治疗3个疗程，对LD儿童训练前后视觉、听觉注意力缺损率、学习技能及心理的变化进行效果评价。结果LD儿童的视觉、听觉注意缺损率训练后比训练前显著改善（P〈0．001）。LD儿童学习技能量表（LAS）各项指标在训练后较训练前均有显著改善（P〈0．001）。LD儿童在视觉、听觉注意力训练前后儿童心理社会功能筛查．儿科症状检查（PSC）分别有22例和15例异常，LD组儿童心理社会功能训练后较训练前有显著改善（P〈0．05）。结论改善视觉、听觉注意力能提升LD儿童的学习技能，改善心理社会功能。

关键词：学习障碍视觉注意力听觉注意力干预学习技能心理社会功能

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如何培养盲童的听觉注意力

中国校外教育 2017年第4期 44-45页

作者：张铁君吉林省四平市盲童学校

盲童视觉有障碍,与外界互动主要依靠听觉。对于他们来说,听觉是反映周围环境信息的非常有效的感官来源。家长和教师如果能有效地帮助视觉有障碍的孩子发展听觉技能,让他们有较好的听觉注意力,这对于他们的学习能力和独立性的培养是至关... 详细信息

盲童视觉有障碍,与外界互动主要依靠听觉。对于他们来说,听觉是反映周围环境信息的非常有效的感官来源。家长和教师如果能有效地帮助视觉有障碍的孩子发展听觉技能,让他们有较好的听觉注意力,这对于他们的学习能力和独立性的培养是至关重要的。

关键词：盲童听觉注意力训练

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学习障碍儿童视觉及听觉注意力变化特点观察

人民军医 2011年第8期54卷 713-714页

作者：曾桂香赵亚萍姬红梅缪素霞张扬王荣丽解放军82医院儿科江苏淮安223001 解放军82医院检验科江苏淮安223001

目的:观察学习障碍(LD)儿童视觉注意力及听觉注意力的变化特点。方法:选择LD患儿247例为观察组,并抽取成绩居班级前40%的正常儿童247例为对照组。采用联合瑞文测试评定两组儿童的智商水平;采用上海心理健康研究所研发的持续注意力测试... 详细信息

目的:观察学习障碍(LD)儿童视觉注意力及听觉注意力的变化特点。方法:选择LD患儿247例为观察组,并抽取成绩居班级前40%的正常儿童247例为对照组。采用联合瑞文测试评定两组儿童的智商水平;采用上海心理健康研究所研发的持续注意力测试法进行持续视觉注意力和听觉注意力测试。结果:两组智商评分差异不显著(P>0.05)。观察组视觉注意力异常率84.2%,听觉注意力异常率95.1%,同时存在视觉及听觉注意力异常率80.2%;对照组视觉注意力异常率34.8%,听觉注意力异常率27.9%,同时存在视觉及听觉注意力异常率18.6%。观察组视觉注意力异常率、听觉注意力异常率,以及同时存在视觉及听觉注意力异常率均非常显著高于对照组(P注意力障碍和听觉注意力障碍可能是导致LD的重要原因之一。

关键词：学习障碍视觉注意力听觉注意力认知

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浅谈音乐教学中听觉注意力训练

现代特殊教育 2017年第9期 55-56页

作者：莫琳琳北京市海淀区特殊教育研究与指导中心 100086

听觉注意力训练可显著提高学习障碍儿童的学习能力,改善学习障碍儿童情绪、行为和习惯。教学实践中发现,听觉注意力异常发生率较高。作为听觉注意力训练的有效手段,音乐治疗能让学生在快乐的过程中提高听觉注意力。

关键词：音乐听觉注意力策略